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PROCESSOS MECÂNICOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Nos processos mecânicos, a conformação é feita exclusivamente por corte, arranque de metal, por abrasão ou.

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1 PROCESSOS MECÂNICOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Nos processos mecânicos, a conformação é feita exclusivamente por corte, arranque de metal, por abrasão ou por erosão sem alteração consideráveis na estrutura metálica. Usinagem: 12-Torneamento 6-Furação 13-Mandrilamento 4-Aplainamento 2-Brochamento 5-Fresamento 3-Serramento 1-Roscamento Abrasão 9-Retificação Erosão 11-Elétrica 10-Química Solda 8-Sinterização

2 1.Laminação 2.Extrusão 3.Injeção 4.Trefilação 5.Forjamento 6.Fundição 7.Estampagem Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento. Peter Drucker PROCESSOS METALURGICOS Os processos metalúrgicos provocam alterações na estrutura cristalina do metal, e conseqüentemente, em suas propriedades. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

3 Laminação é o processo de deformação plástica de um metal e é feito fazendo-se passar o metal através de rolos, de eixos paralelos que giram em sentido contrário. LAMINAÇÃO Consiste em modificar a seção transversal de um metal na forma de barra, lingote, placa, fio, ou tira, etc., Através da passagem entre dois cilindros Retilíneos (laminação de produtos planos) Canais entalhados (laminação de produtos não planos) PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

4 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Laminação: Uso e Vantagens Alta produtividade Controle dimensional do produto acabado que pode ser bastante preciso. Processo primário –Matéria prima para outros processos Muito utilizado

5 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Etapas da Laminação Desbaste inicial dos lingotes em blocos, tarugos ou placas –realizada normalmente por laminação a quente. Nova etapa de laminação a quente para transformar o produto em chapas grossas, tiras a quente, vergalhões, barras, tubos, trilhos ou perfis estruturais. Laminação a frio produz tiras a frio –excelente acabamento superficial –boas propriedades mecânicas –controle dimensional do produto final bastante rigoroso.

6 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Laminadores Um laminador consiste: –cilindros (ou rolos), –mancais, –uma carcaça chamada de gaiola ou quadro para fixar estas partes –motor para fornecer potência aos cilindros e controlar a velocidade de rotação. As forças envolvidas na laminação podem facilmente atingir milhares de toneladas, portanto é necessária uma construção bastante rígida, além de motores muito potentes para fornecer a potência necessária.

7 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Tipos de Laminadores laminador duo laminador duo reversível laminador trio laminador quádruo laminador Sendzimir laminador universal.

8 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Laminador duo Neste laminador o cilindro inferior é fixo e o cilindro superior pode mover-se, durante a operação. O sentido do giro dos cilindros não pode ser invertido e o material só pode ser laminado em um sentido

9 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Laminador duo reversível A inversão da rotação dos cilindros permite que a laminação ocorra nos dois sentidos de passagem entre os rolos

10 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Laminador trio Os cilindros sempre giram no mesmo sentido. Porém, o material pode ser laminado nos dois sentidos, passando-o alternadamente entre o cilindro superior e o intermediário e entre o intermediário e o inferior.

11 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Laminador quádruo Usado para laminar materiais mais finos, utiliza cilindros de trabalho de pequeno diâmetro apoiados por cilindros de encosto para não fletir. Pode ser reversível ou não.

12 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Laminador Sendzimir Os cilindros de trabalho são muito finos, podem fletir tanto na direção vertical quanto na horizontal e são apoiados em ambas as direções

13 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Laminador universal Dispõe de dois pares de cilindros de trabalho, com eixos verticais e horizontais

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24 Vantagens Desvantagens

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27 É a operação que consiste em conformar o metal através do estiramento (aumento do comprimento), em uma fieira, forçando a passagem do metal por matrizes com orifícios cônicos sucessivamente menores até a bitola desejada. TREFILAÇÃO O processo sempre é realizado a frio. Comparando os resultados com a Laminação quente, a Trefilação apresenta as seguintes vantagens. 1.Ausência de oxidação: a matéria-prima para Trefilação que é uma barra do mesmo tipo de seção do produto final é decapada antes de iniciar a Trefilação. 2.Ausência de rebarba da Laminação 3.Maior precisão e melhor acabamento superficial devido à ausência da oxidação. 4.Possibilidade de se ter um produto com camada superficial endurecida. Para isto basta que após ser feito um último recozimento, sejam feitas algumas passagens.

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29 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Características - Trefilação O escoamento plástico é produzido pelas forças compressivas provenientes da reação da matriz sobre o material. Forma resultante: simetria circular é muito comum em peças trefiladas, mas não obrigatória. Condições térmicas: normalmente a frio.

30 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Vantagens - Trefilação O material pode ser estirado e reduzido em secção transversal mais do que com qualquer outro processo; A precisão dimensional obtenível é maior do que em qualquer outro processo exceto a laminação a frio, que não é aplicável às bitolas comuns de arames; A superfície produzida é uniformemente limpa e polida; O processo influi nas propriedades mecânicas do material, permitindo, em combinação com um tratamento térmico adequado, a obtenção de uma gama variada de propriedades com a mesma composição química

31 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Fieira A fieira é o dispositivo básico da trefilação e compõe todos os equipamentos trefiladores

32 Fundição é a conformação de peças por meio de vazamento de um metal em estado líquido, em recipientes apropriados chamados Moldes. Fundição Ligas usadas na fundição: Ferrosas – Ferro fundido (ff cinzento – ff ligado – ff maleável – ff nodular) Aços (aços carbono – aços liga) Não ferrosas – (ligas de alumínio – cobre – zinco – magnésio – etc...). O ferro fundido representa 60% da produção total em fundição. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

33 Forjamento é a conformação mecânica de um metal por meio de aplicações intermitentes de pressão. FORJAMENTO Forjamento é o nome genérico de operações de conformação mecânica efetuadas com esforço de compressão sobre um material dúctil, de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil da ferramenta de trabalho. Por que forjar uma peça? PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

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48 METALURGIA DO PÓ A metalurgia do pó é a técnica metalúrgica que consiste em transformar pós de metais, de ligas metálicas e de substâncias não-metálicas, em peças resistentes, sem recorrer-se à fusão, mas apenas pelo emprego de pressão e calor. A operação de aquecimento é denominada de sinterização. Avanço sinterização: fabricação de peças de molibdênio e tungstênio, ditos metais refratários, cujos pontos de fusão são extremamente elevados. Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

49 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO É o ramo da indústria metalúrgica que se dedica à produção de peças a partir de pós metálicos e não-metálicos. O ano de 1829 representa um marco na história da metalurgia do pó, No início do século XX, foram desenvolvidos processos para obtenção de peças de tungstênio e de molibdênio por sinterização. A produção só se expandiu mesmo após a Segunda Guerra Mundial,

50 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Por que utilizar a metalurgia do pó? Essa tecnologia baseia-se na prensagem de pós em moldes metálicos e consolidação da peça por aquecimento controlado. O resultado é um produto com a forma desejada, bom acabamento de superfície, composição química e propriedades mecânicas controladas.

51 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Etapas do processo Obtenção do pó Os métodos de obtenção podem ser mecânico, químico, físico e físico-químico. Um dos métodos físicos mais usados é a atomização O metal fundido é vazado por um orifício, formando um filete líquido que é bombardeado por jatos de ar, de gás ou de água. Um método físico-químico para a produção de pós de cobre, é a eletrólise. O metal, na forma sólida, é colocado num tanque e dissolvido numa solução eletrolítica, na qual passa uma corrente elétrica. Podem ser obtidos também por meio da pirólise, Um método físico- físico- químico que consiste na decomposição de uma substância por ação do calor. Entre os métodos mecânicos dos mais usados é a moagem. Em geral, ela é feita num equipamento chamado moinho de bolas, que consiste num tambor rotativo contendo esferas metálicas de material resistente ao desgaste.

52 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Etapas do processo Obtenção do pó Os pós podem ser obtidos por métodos químicos, a corrosão Produz a oxidação do metal pelo ataque de ácidos ou bases, ou a redução de óxidos metálicos pelo emprego de hidrogênio ou monóxido de carbono. Compactação Uma quantidade predeterminada de pó é colocada na cavidade de uma matriz montada em uma prensa de compressão, que pode ser mecânica ou hidráulica. A compactação ocorre por deslocamentos simultâneos dos punções superior e inferior, à temperatura ambiente.

53 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Etapas do processo Sinterização Esta é a etapa de consolidação final da peça. A massa de partículas, na forma de compactado verde ou confinada em moldes, é aquecida a temperaturas altas, mas abaixo do ponto de fusão do metal base, sob condições controladas de temperatura, velocidade de aquecimento e resfriamento, tempo de permanência e atmosfera.

54 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Operações complementares Depois da sinterização, a peça ainda pode passar por processos de recompressão, tratamentos térmicos e usinagem, ou ser imediatamente utilizada. A recompressão é necessária para garantir tolerâncias apertadas, rugosidade prevista etc. Deve ser feita quando, durante a sinterização, a deformação da peça ultrapassa os limites estabelecidos.

55 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Filtros sinterizados Esses elementos filtrantes são formados por camadas superpostas de partículas arredondadas ou esféricas de pós metálicos, com diferentes tamanhos de grãos. A superposição das camadas de grãos forma um conjunto de malhas que se interceptam, dando porosidade ao material. Principais aplicações Carboneto metálico Também chamado de metal duro, é o mais conhecido produto da metalurgia do pó. Tem importância fundamental no campo das ferramentas de corte, peças de desgaste e brocas para perfuração de rochas.

56 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Mancais autolubrificantes Uma das características da sinterização é possibilitar o controle da porosidade do produto final. Esta característica é particularmente importante na produção de mancais autolubrificantes. A porosidade existente no mancal pode ser preenchida com óleo, para garantir uma lubrificação permanente entre o eixo e o mancal.

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59 Sinterização Produção de ligas duras, a partir de partículas de carboneto de tungstênio aglomeradas com um metal do grupo do ferro (ou cobalto), praticamente todos os metais e ligas podem ser produzidos pela metalurgia do pó. produzidos pela metalurgia do pó. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Sinterização

60 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Sinterização Características dos pós metálicos Forma, tamanho e distribuição granulométrica As partículas de pós metálicos podem ser esféricas, aciculares, dendríticas. O método de medição do tamanho da partícula que podem variar de 0,400 a 0,0001 mm por peneiras padronizadas variar de 0,400 a 0,0001 mm por peneiras padronizadas

61 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Sinterização Métodos de obtenção dos pós metálicos Forma, métodos de obtenção dos pós metálicos 1. Trituração e moagem 2. Atomização 3. Eletrólise 4. Métodos físico-químicos: pirólise (obtenção de pós de ferro e níquel de alta pureza); 5. Métodos químicos: redução de óxidos por hidrogênio ou monóxido de carbono; corrosão: pós de aço inoxidável.

62 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Sinterização MISTURA E COMPACTAÇÃO DE PÓS A sinterização consiste no aquecimento das peças comprimidas a temperaturas específicas, sempre abaixo do ponto de fusão do metal base da mistura, eventualmente acima do ponto de fusão do metal secundário da mistura, em condições controladas de velocidade de aquecimento, tempo a temperatura, velocidade de aquecimento, tempo a temperatura, velocidade de resfriamento e atmosfera do ambiente de aquecimento.

63 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO MISTURA E COMPACTAÇÃO DE PÓS A temperatura ideal de sinterização é da ordem de 2/3 a 3/4 da temperatura de fusão da liga considerada. A sinterização é um processo de estado sólido ocorrendo ligação química e metalurgia do pó, no sentido de eliminar ou diminuir a porosidade existente no eliminar ou diminuir a porosidade existente no compactado; formando um corpo coerente provido das propriedades físicas primárias do sinterizado.

64 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO (a) Partículas soltas de pó (b) Estágio inicial (c) Estágio Intermediário (d) Estágio final Sinterização no estado sólido: estágios e microestrutura

65 Custo-benefício O efeito do custo-benefício é contemplado a nível material e dimensional. O primeiro, através da formulação da composição química e conseqüentes propriedades físico-mecânicas na medida exata da solicitação. O segundo é obtido sistematicamente pela compactação em ferramental específico garantindo geometrias e tolerâncias apertadas com alta repetibilidade. Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

66 O processo é ECOLOGICAMENTO CORRETO Exerce menor impacto ao meio ambiente (quando comparado aos processos convencionais) devido a melhor utilização da matéria-prima, menor consumo de energia e utilização seletiva de elementos de liga. Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

67 Exemplos de aplicação MAL: Mancais Auto Lubrificantes Estes mancais fazem parte de uma das mais antigas aplicações industriais das peças metálicas porosas obtidas pela Metalurgia do Pó. A porosidade existente nas peças sinterizadas atua como reservatório de óleo que irá formar o filme lubrificante da região eixo-mancal, evitando-se assim o desgaste prematuro destas superfícies. Quatro variações básicas destes mancais estão contempladas em nossa linha de fabricação: BRONZE, AÇO, FERRO-GRAFITE E FERRO- BRONZE. Cada uma destas aplicações tem características e indicações específicas cuja recomendação é sistematicamente conduzida pela nossa Engenharia através do estudo caso a caso de cada aplicação. Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

68 Peças Estruturais Nessa classe estão compreendidas diversas formas e geometrias simples ou complexas para inúmeras aplicações da Metalurgia do Pó (linha automotiva, eletrodomésticos, linha branca, ferramentas elétricas, entre outras). Densidade, dureza, tolerâncias dimensionais e grande gama de solicitações podem ser combinadas de forma a atender especificações amplas contempladas em inúmeras destas aplicações. Tratamentos térmicos, superficiais, impregnações e usinagens posteriores fazem parte das operações complementares que permitem o custo-benefício da técnica quando comparada a processos mecânicos convencionais. Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

69 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 1. Metais refratários, tais como o W, o Mo e o Ta, impossíveis de serem fabricados por outro processo; 2. Metal duro ou carbonetos de metais como W, Ta e Ti, aglomerados com cobalto; 3. Mancais porosos autolubrificantes, de bronze ou ferro,igualmente impossíveis de obter por outros processos. 4. Filtros metálicos de bronze a aço inoxidável; 5. Discos de fricção metálicos, à base de cobre ou ferro, misturados com sustância de alto coeficiente de atrito; 6. Certos tipos de contatos elétricos, W-Ag,W-Cu, Mo-Ag e Mo-Cu; 7. Escovas coletoras de corrente de diversas composições Aplicações

70 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Características Desenvolvimento Leipzig Material de ferramenta mais utilizado na indústria Indústria automobilística consome cerca de 70% das ferramentas de metal duro produzidas Resistem a temperatura de até aproximadamente 1000° C (mesma dureza que o aço rápido à temperatura ambiente) Maiores Vc com relação as ligas fundidas, aços rápidos e aços ferramenta Aumento na vida útil das ferramentas na ordem de 200 a 400%

71 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Boa distribuição da estrutura Boa resistência à compressão Boa resistência ao desgaste a quente Possibilidade de se obter propriedades específicas A princípio utilizado para a usinagem de materiais fundidos Anos 70 (século XX)- surgimento de metais duros revestidos Primeiros Cermets® (metais duros à base de TiC) Elevadas vcs Japão

72 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Metal Duro Composição típica: 81% W, 6% C e 13% Co (WC-Co) Algumas razões do sucesso deste material: – Grande variedade de tipos de metal duro (adição de elementos de liga); – Propriedades adequadas às solicitações em diferentes condições – Possibilidade de utilização de insertos intercambiáveis – Estrutura homogênea (processo de fabricação) – Dureza elevada; – Resistência à compressão; – Resistência ao desgaste a quente.

73 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Fabricação do Metal Duro

74 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO – Carbonetos: Fornecem dureza a quente e resistência ao desgaste (WC, TiC, TaC, NbC,...) – Ligante metálico: Atua na ligação dos carbonetos frágeis (Co ou Ni); – Obtido por sinterização (ligante + carbonetos) Estrutura do Metal Duro

75 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Estrutura do Metal Duro onde: α carbonetos de tungstênio β cobalto carbonetos de titânio, tântalo e nióbio

76 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Classificação dos Metais Duros – Grupo P Alta resistência a quente Pequeno desgaste abrasivo Empregado para usinagem de aços com cavacos longos – Grupo M Média resistência a quente Média resistência à abrasão Para aços resistentes a altas temperaturas, aço inoxidável, aços resistentes à corrosão – Grupo K Pouca resistência a quente Alta resistência ao desgaste Usinagem de materiais com cavacos curtos, metais não ferrosos, materiais não metálicos Compostos praticamente somente por WC e Co

77 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Classificação dos Metais Duros Metais duros à base de WC-Co Alta resistência à compressão Aconselháveis para a usinagem de aço mole, materiais de cavaco curto, fundidos, não ferrosos, materiais resistentes ao calor e não metálicos como pedra e madeira Metais duro à base de WC- (Ti, Ta, Nb)C-Co Comparados aos metais duros WC-Co possuem melhores propriedades sob altas temperaturas Aconselháveis para usinagem de aços de cavacos longos Metais duro à base de TiC-TiN-Co, Ni (Cermets) Grande dureza, baixa tendência à difusão e à adesão, boa resistência a quente Apropriados para o acabamento de aços (torneamento e fresamento)

78 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Principais revestimentos – Carboneto de Titânio (TiC) – Nitreto de titânio (TiN) – Carbonitreto de titânio (Ti(C,N)) – Nitreto de alumínio-titânio (Ti AlN) – Óxido de Alumínio (Al 2 O 3 ) – Camadas de diamante Metais Duros Revestidos

79 Sinterização PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Áreas de aplicação dos Metais Duros Ferramentas para quase todas as operações de usinagem (sob a forma de insertos) Ferramentas para desbaste e acabamento Brocas helicoidais Brocas para furação profunda Fresas de topo

80 Métodos Avançados PROCESSOS DE FABRICAÇÃO O homem primitivo só contava com as próprias mãos para cortar os materiais. Com a descoberta dos metais, o bronze e o ferro passaram a ser usados na confecção de ferramentas manuais. Até o século XVII, as ferramentas continuaram a ser operadas à mão, ou por dispositivos mecânicos rudimentares. A compreensão de que a água, o vapor e, mais tarde, a eletricidade podiam ser usados como fontes de energia, possibilitou a produção de máquinas-ferramenta operadas por essas forças. No século XX, como você já sabe, o desenvolvimento tecnológico provocou uma revolução nos meios e modos de produção estabelecidos. Processos tecnológicos alternativos vêm sendo desenvolvidos, na busca permanente de maior qualidade, maior produtividade e menor custo.

81 Métodos Avançados PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Métodos tradicionais X métodos avançados o arranque de material se dá por cisalhamento ou abrasão. baseiam-se muito mais em princípios eletrofísicos. Características ponto de fusão; condutibilidade térmica; resistividade elétrica; peso atômico.

82 Métodos Avançados PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Usinagem por feixe de elétrons baseia-se no princípio de que o bombardeamento de elétrons gera energia, ou seja, quando os elétrons são acelerados e concentrados em um feixe, uma intensa energia cinética é produzida.. O Processo Quando o feixe assim concentrado choca-se contra uma superfície bem definida, o impacto faz com que a energia cinética transforme-se em energia térmica, alcançando altíssimas temperaturas, capazes de fundir praticamente todos os tipos de materiais conhecidos.

83 Métodos Avançados PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Usinagem por feixe de elétrons O Processo O mecanismo pelo qual os feixes concentrados penetram na peça ainda não é completamente conhecido. Entretanto, sabe-se que a energia altamente concentrada do feixe de elétrons vaporiza instantaneamente o material no ponto de impacto. O material derretido ao redor do ponto de impacto é rapidamente ejetado pela pressão do vapor sendo, dessa forma, removido do material..

84 Métodos Avançados PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Usinagem por feixe de elétrons O Processo Este processo foi inicialmente utilizado por volta dos anos 50, na área de soldagem, quando as primeiras construções nucleares passaram a exigir a soldagem isenta de oxidação, de materiais reativos como o titânio e o zircônio.


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